WO2013084716A1 - 混合ガス製造方法及びガス混合装置 - Google Patents

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一彦 高見沢
敬 三吉
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日酸Ｔａｎａｋａ株式会社
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    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D11/00—Control of flow ratio
    • G05D11/02—Controlling ratio of two or more flows of fluid or fluent material
    • G05D11/13—Controlling ratio of two or more flows of fluid or fluent material characterised by the use of electric means
    • G05D11/131—Controlling ratio of two or more flows of fluid or fluent material characterised by the use of electric means by measuring the values related to the quantity of the individual components

Definitions

  • the present invention relates to a mixed gas manufacturing method and a gas mixing apparatus for generating a mixed gas by adding an additive gas to a main gas.
  • the pressure of each gas is set and adjusted by a pressure regulator provided for each gas.
  • the pressure of the gas passing through each pressure regulator varies.
  • the pressure of each gas set in each pressure regulator fluctuates with respect to the set pressure, and configures the mixed gas
  • the ratio of each gas to perform may deviate from the set value.
  • each gas by using a differential pressure adjustment valve, a pressure balance circuit, etc., and the adjustment pressure of one gas is controlled using the adjustment pressure of one gas as a pilot pressure using the pilot pressure regulator.
  • a technique is disclosed in which each gas has the same pressure by making the pressure of the other gas the same as the pressure of the other gas (see, for example, Patent Document 1).
  • the present invention has been made in consideration of such circumstances, and when the main gas and the additive gas are mixed to form a mixed gas, the mixed gas in which the main gas and the additive gas are mixed at a predetermined ratio. It is an object of the present invention to provide a mixed gas production method and a gas mixing apparatus that can stably generate the gas.
  • a first aspect of the present invention is a gas mixing apparatus that generates a mixed gas by mixing a main gas and an additive gas, and includes a main gas flow path to which the main gas is supplied, and an additive to which the additive gas is supplied.
  • a gas flow passage, and a mixing unit that connects the main gas flow passage and the additive gas flow passage, mixes the main gas and the additive gas, and discharges the generated mixed gas to a mixed gas discharge port;
  • the main gas flow passage includes a pilot-type pressure adjusting unit that adjusts the pressure of the main gas in the main gas flow passage based on the pressure of the additive gas in the additive gas flow passage;
  • Main gas flow rate detecting means for detecting the flow rate of the main gas whose pressure is adjusted.
  • the additive gas flow passage is provided with additive gas flow rate adjusting means for adjusting the flow rate of the additive gas flowing from the additive gas flow passage to the mixing section. Further, the flow rate control unit controls the flow rate of the additive gas to be circulated through the mixing unit based on the flow rate of the main gas detected by the main gas flow rate detection unit.
  • a second aspect of the present invention is a mixed gas production method for producing a mixed gas by mixing a main gas and an additive gas, and supplying the main gas to the main gas flow passage and adding the additive gas to the additive gas flow passage And adjusting the pressure of the main gas flowing through the main gas flow passage based on the pressure of the additive gas flowing through the additive gas flow passage, and adjusting the pressure of the main gas adjusted in the main gas flow passage. Based on the flow rate, the flow rate of the additive gas flowing from the additive gas flow passage to the mixing unit is adjusted, and the main gas and the additive gas are mixed at a predetermined ratio in the mixing unit.
  • the main gas and the additive gas having a predetermined flow rate are mixed even if the amount of the mixed gas used is increased or decreased. As a result, it is possible to stably produce a mixed gas in which the main gas and the additive gas are in a predetermined ratio.
  • a gas having a high flow rate is a main gas
  • a gas having a low flow rate is an additive gas. That is, the main gas is more than 50% and less than 100% and the additive gas is more than zero% and less than 50% with respect to the amount of mixed gas produced.
  • the mixed gas in which the main gas and the additive gas are mixed at a predetermined ratio can be stably manufactured. Can do. Moreover, the equipment configuration in the mixed gas production is simple and can be easily operated.
  • FIG. 1 is a diagram showing an outline of a gas mixing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the gas mixing device 1 includes a main gas flow path 10, an additive gas flow path 20, a mixed gas flow path 30, a mixing unit 32, and a flow rate control unit 40.
  • the main gas G1 supplied to the main gas flow passage 10 and the additive gas G2 supplied to the additive gas flow passage 20 are mixed by the mixing unit 32 to generate a mixed gas G3.
  • the mixed gas G3 is discharged from the mixed gas discharge port 33 through the mixed gas flow passage 30.
  • the main gas flow passage 10 includes a main gas pipe 11, a main gas supply port 13, a pressure gauge 16, a filter 17, a check valve 18, a pilot pressure adjustment valve (pilot pressure adjustment unit) 14, A mass flow meter (main gas flow rate detection means) 15.
  • the main gas supply port 13, the pressure gauge 16, the filter 17, the check valve 18, the pilot pressure adjustment valve 14, and the mass flow meter 15 are arranged in this order from the upstream side of the main pipe 11.
  • the additive gas flow passage 20 includes an additive gas pipe 21, an additive gas supply port 23, a pressure gauge 26, a filter 27, a check valve 28, an additive gas flow rate regulator (added gas flow rate adjusting means) 24, Is provided.
  • the additive gas supply port 23, the pressure gauge 26, the filter 27, the check valve 28, and the additive gas flow rate regulator 24 are arranged in this order from the upstream side of the additive gas pipe 21.
  • the mixed gas flow passage 30 includes a mixed gas pipe 31 and a pressure gauge 34.
  • the downstream side of the mixed gas flow passage 30 is connected to the mixed gas discharge port 33.
  • the upstream side of the mixing unit 32 is connected to the main gas flow passage 10 and the additive gas flow passage 20.
  • a downstream side of the mixing unit 32 is connected to the mixed gas flow passage 30.
  • the main gas G ⁇ b> 1 flowing in from the main gas flow passage 10 and the additive gas G ⁇ b> 2 flowing in from the additive gas flow passage 20 are mixed in the mixing unit 32.
  • the mixed gas G3 is discharged from the mixed gas discharge port 33 via the mixed gas flow passage 30.
  • the pilot-type pressure regulating valve 14 is connected to the additive gas flow passage 20 on the pilot side via the flow regulating valve 25A, for example. Then, the pilot pressure adjusting valve 14 adjusts the pressure of the main gas G1 in the main gas flow passage 10 to the same pressure as that of the addition gas G2 based on the pressure of the additive gas G2 in the additive gas flow passage 20. .
  • the pressure of the additive gas G2 is preferably set slightly higher than the pressure of the main gas G1.
  • the pilot pressure regulator 14 has a characteristic that the gas pressure on the side to be adjusted is slightly lower than the gas pressure on the pilot side. Therefore, in the pilot type pressure regulating valve 14, the pressure of the main gas G1 is adjusted with the pilot side as the additive gas G2.
  • the mass flow meter 15 is a member that measures the flow rate of the main gas G ⁇ b> 1 flowing from the main gas flow passage 10 to the mixing unit 32.
  • the measured main gas flow rate is transmitted to the flow rate control unit 40 through the communication line 41.
  • the flow rate control unit 40 calculates, for example, the flow rate of the additive gas G2 that flows into the mixing unit 32 and outputs a flow rate control signal to the flow rate adjustment valve 24. .
  • the additive gas flow rate regulator 24 includes a flow rate measurement unit 24A and a flow rate regulation valve 24B.
  • the flow rate adjustment valve 24 ⁇ / b> B is connected to the flow rate control unit 40 through the communication line 42.
  • the adjustment flow rate adjusting valve 24 ⁇ / b> B adjusts the flow rate of the additive gas G ⁇ b> 2 flowing from the additive gas flow passage 20 to the mixing unit 32 by adjusting the opening degree of the servo motor by the flow rate control signal from the flow rate control unit 40.
  • the main gas G 1 is supplied to the main gas flow passage 10 via the main gas supply port 13
  • the additive gas G 2 is supplied to the additive gas flow passage 20 via the additive gas supply port 23.
  • the pressure of the main gas G1 in the main gas flow passage 10 is adjusted.
  • the mass flow meter 15 disposed in the main gas flow path 10 measures the flow rate of the main gas G1 flowing through the main gas flow path 10.
  • the flow rate control unit 40 calculates the flow rate of the additive gas G2 that flows from the additive gas flow passage to the mixing unit 32 based on the flow rate of the main gas G1 measured by the mass flow meter 15. Then, the flow rate control unit 40 calculates the addition amount of the additive gas G2, that is, the flow rate of the additive gas G2, based on the result, and outputs the additive gas flow rate adjustment signal to the flow rate adjustment valve 24B of the additive gas flow rate regulator 24. . (5) The opening degree of the flow rate adjusting valve 24B is adjusted by the additive gas flow rate adjustment signal output from the flow rate control unit 40, and the additive gas G2 flowing from the additive gas flow passage 20 to the mixing unit 32 is adjusted to a predetermined flow rate. . (6) In the mixing unit 32, the main gas G1 and the additive gas G2 are mixed at a predetermined ratio.
  • the main gas G1 and the additive gas G2 flow into the mixing unit 32 at a predetermined ratio even if the amount of the mixed gas G3 used is increased or decreased. And the mixed gas with which main gas G1 and additive gas G2 were mixed by the predetermined ratio can be manufactured stably.
  • the mixed gas automatically mixed at a predetermined ratio in the gas mixing device 1 without any pressure and flow rate adjustment. Can be supplied.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention.
  • the main gas G1 is hydrogen and the additive gas G2 is propane gas (hydrocarbon) has been described.
  • the composition of the main gas G1 and the additive gas G2 can be arbitrarily selected from nitrogen, an inert gas, etc., in addition to hydrogen and hydrocarbons.
  • one or both of the main gas G1 and the additive gas G2 may be a mixed gas having a plurality of compositions.
  • the additive gas can be stably mixed with the main gas at a predetermined ratio.

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Abstract

このガス混合装置（１）は、メインガス流通路（１０）と、添加ガス流通路（２０）と、混合部（３２）と、流量制御部（４０）とを備える。前記メインガス流通路（１０）に前記添加ガス流通路（２０）内の圧力に基づきメインガス（Ｇ１）の圧力を調整するパイロット式圧力調整部（１４）と前記メインガス流通路（１０）の流量を検出するマスフローメータ（１５）とが設けられる。前記添加ガス流通路（２０）に添加ガス（Ｇ２）の流量を調整する添加ガス流量調整器（２４）が設けられる。前記流量制御部（４０）は、前記マスフローメータ（１５）が検出したメインガス（Ｇ１）の流量に基づいて添加ガス（Ｇ２）の流量を、前記添加ガス流量調整器（２４）により制御する。

Description

混合ガス製造方法及びガス混合装置
　本発明は、メインガスに添加ガスを添加して混合ガスを生成する混合ガス製造方法及びガス混合装置に関する。
　本願は、２０１１年１２月６日に、日本に出願された特願２０１１－２６６８５４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　近年、ガス切断の分野では、例えば、アセチレンガスやプロパンガス等に代えて、水素を用いた切断方法が注目されている。水素を用いて切断が行われる場合、火炎を可視化する目的で、少量の炭化水素ガスが添加される。
　このように、二種類のガスを混合して混合ガスが生成される場合、従来、各々のガスの圧力を同圧にするための圧力調整器と、流量を調整により各ガスを所定比率とするための流量調整弁と、を用いた混合装置が知られている。
　このような従来のガス混合装置では、各ガスに対応して設けられた圧力調整器により各ガスの圧力が設定、調整される。一般的に、流量（使用量）が変動すると、各圧力調整器を通過するガスの圧力が変動する。ガス混合装置から吐出される混合ガスの使用量が増減して各ガスの通過流量が増減すると、各圧力調整器に設定された各ガスの圧力が設定圧力に対して変動し、混合ガスを構成する各ガスの比率が設定値から外れる場合がある。
　このように、混合ガスの使用量が増減した場合には、各ガスの圧力を同じ圧力に設定し直すとともに各流量調整弁を通過する各ガスの流量を再調整して、混合比を所定比率とする必要がある。
　そこで、差圧調整弁、圧力平衡回路等を用いることによる各ガスの差圧調整や、パイロット圧力調整器を用いて一方のガスの調整圧力をパイロット圧力として他方のガスの圧力調整器を制御して他方のガスの圧力を一方のガスの圧力と同じにすることにより各ガスを同圧とする技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
特公昭６２－５９６２１号公報
　しかしながら、差圧調整弁、圧力平衡回路やパイロット圧力調整器を用いる場合、混合装置の回路構成が複雑になり、各機器を調整するのに多大な時間を費やす。また、各ガスにバイブレーションが発生する可能性がある。
　そこで、例えば、水素ガスに炭化水素系ガスを添加するような場合に、混合されたガスの使用量が増減しても圧力調整や流量調整による混合比の再調整を必要とせず、各ガスを所定の比率で混合して混合ガスとすることが可能な混合ガスの製造方法、及びガス混合装置が強く要請されている。
　本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、メインガスと添加ガスとを混合して混合ガスとする場合に、メインガスと添加ガスとが所定比率で混合された混合ガスを安定して生成することが可能な混合ガス製造方法、及びガス混合装置を提供することを目的とする。
　本発明の第一の態様は、メインガスと添加ガスとを混合して混合ガスを生成するガス混合装置であって、メインガスが供給されるメインガス流通路と、添加ガスが供給される添加ガス流通路と、前記メインガス流通路と前記添加ガス流通路とが接続されて、メインガスと添加ガスとが混合されるとともに生成された混合ガスを混合ガス排出口に排出する混合部と、流量制御部と、を備える。さらに、前記メインガス流通路には、前記添加ガス流通路内の添加ガスの圧力に基づき前記メインガス流通路内のメインガスの圧力を調整するパイロット式圧力調整部と、前記メインガス流通路内の圧力調整されたメインガスの流量を検出するメインガス流量検出手段と、が設けられる。さらに、前記添加ガス流通路には、前記添加ガス流通路から前記混合部に流通する添加ガスの流量を調整する添加ガス流量調整手段が設けられる。さらに、前記流量制御部は、前記メインガス流量検出手段が検出したメインガスの流量に基づいて、前記混合部に流通させる添加ガスの流量を、前記添加ガス流量調整手段により制御する。
　本発明の第二の態様は、メインガスと添加ガスとを混合して混合ガスを生成する混合ガス製造方法であって、メインガス流通路にメインガスを供給するとともに添加ガス流通路に添加ガスを供給し、前記添加ガス流通路内を流通する添加ガスの圧力に基づいて前記メインガス流通路を流通するメインガスの圧力を調整し、前記メインガス流通路内において圧力調整されたメインガスの流量に基づいて前記添加ガス流通路から前記混合部に流通する添加ガスの流量を調整し、前記混合部においてメインガスと添加ガスとを所定比率で混合する。
　上記態様に係るガス混合装置、及び混合ガス製造方法によれば、混合ガスの使用量が増減しても、所定の流量のメインガスと添加ガスが混合される。その結果、メインガスと添加ガスとが所定比率の混合ガスを安定して製造することができる。
　後述する本発明の一実施形態において、混合部において混合されるふたつのガスのうち、流量が多いガスをメインガス、流量が少ないガスを添加ガスとする。すなわち、混合ガスの製造量に対して、メインガスは５０％超１００％未満であり、添加ガスはゼロ％超５０％未満である。
　上記態様に係るガス混合装置、及び混合ガス製造方法によれば、混合ガスの使用量が増減しても、メインガスと添加ガスとが所定比率で混合された混合ガスを安定して製造することができる。また、混合ガス製造における機器構成が簡単であり、容易に操作することができる。
本発明の一実施形態に係るガス混合装置の概略構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係るガス混合装置の効果を説明する図である。
　以下、図面を参照し、本発明の一実施形態について説明する。
　図１は、本発明の一実施形態に係るガス混合装置の概略を示す図である。
　ガス混合装置１は、メインガス流通路１０と、添加ガス流通路２０と、混合ガス流通路３０と、混合部３２と、流量制御部４０とを備える。メインガス流通路１０に供給されたメインガスＧ１と添加ガス流通路２０に供給された添加ガスＧ２とが、混合部３２で混合されて混合ガスＧ３が生成される。混合ガスＧ３が混合ガス流通路３０を通じて混合ガス排出口３３から排出される。
　メインガス流通路１０は、メインガス配管１１と、メインガス供給口１３と、圧力計１６と、フィルタ１７と、逆止弁１８と、パイロット式圧力調整弁（パイロット式圧力調整部）１４と、マスフローメータ（メインガス流量検出手段）１５と、を備える。メインガス供給口１３、圧力計１６、フィルタ１７、逆止弁１８、パイロット式圧力調整弁１４、マスフローメータ１５が、メイン配管１１の上流側からこの順に配置されている。
　添加ガス流通路２０は、添加ガス配管２１と、添加ガス供給口２３と、圧力計２６と、フィルタ２７と、逆止弁２８と、添加ガス流量調整器（添加ガス流量調整手段）２４と、を備える。添加ガス供給口２３、圧力計２６、フィルタ２７、逆止弁２８、添加ガス流量調整器２４が、添加ガス配管２１の上流側からこの順に配置されている。
　混合ガス流通路３０は、混合ガス配管３１と、圧力計３４とを備える。混合ガス流通路３０の下流側が混合ガス排出口３３に接続されている。
　混合部３２の上流側がメインガス流通路１０と添加ガス流通路２０とに接続される。混合部３２の下流側が混合ガス流通路３０に接続される。メインガス流通路１０から流入したメインガスＧ１と、添加ガス流通路２０から流入した添加ガスＧ２とが混合部３２で混合される。混合された混合ガスＧ３が混合ガス流通路３０を経由して混合ガス排出口３３から排出される。
　また、パイロット式圧力調整弁１４は、例えば、パイロット側が流量調整弁２５Ａを介して添加ガス流通路２０に接続される。そして、パイロット式圧力調整弁１４は、添加ガス流通路２０内の添加ガスＧ２の圧力に基づいて、メインガス流通路１０内のメインガスＧ１の圧力を、添加ガスＧ２と同一の圧力に調整する。ここで、メインガスＧ１に添加ガスＧ２を添加する場合、添加ガスＧ２の圧力は、メインガスＧ１の圧力より少し高めに設定することが好適である。また、パイロット式圧力調整器１４は、調整される側のガス圧力がパイロット側のガス圧力より僅か低めになる特性を有する。そのため、パイロット式圧力調整弁１４では、パイロット側を添加ガスＧ２としてメインガスＧ１の圧力が調整される。
　マスフローメータ１５は、メインガス流通路１０から混合部３２に流通するメインガスＧ１の流量を計測する部材である。計測されたメインガス流量は通信線４１を通じて流量制御部４０に送信される。
　流量制御部４０は、マスフローメータ１５から送信されたメインガスＧ１の流量に基づいて、例えば、混合部３２に流入させる添加ガスＧ２の流量を算出し、流量調整弁２４に流量制御信号を出力する。
　添加ガス流量調整器２４は、流量計測部２４Ａと、流量調整弁２４Ｂとを備える。流量調整弁２４Ｂは、通信線４２により流量制御部４０と接続される。調整流量調整弁２４Ｂは、流量制御部４０からの流量制御信号によりサーボモータの開度が調整されて、添加ガス流通路２０から混合部３２に流通する添加ガスＧ２の流量を調整する。
　次に、ガス混合装置１によるメインガスＧ1と、添加ガスＧ２の混合について説明する。
（１）まず、メインガスＧ１がメインガス供給口１３経由でメインガス流通路１０に供給されるとともに、添加ガスＧ２が添加ガス供給口２３経由で添加ガス流通路２０に供給される。
（２）添加ガス流通路２０に供給された添加ガスＧ２の圧力に基づいて、メインガス流通路１０内のメインガスＧ１の圧力が調整される。
（３）メインガス流通路１０に配置されたマスフローメータ１５により、メインガス流通路１０を流れるメインガスＧ１の流量が計測される。
（４）流量制御部４０は、マスフローメータ１５により計測されたメインガスＧ１の流量に基づいて、添加ガス流通路から混合部３２に流通させる添加ガスＧ２の流量を算出する。そして、流量制御部４０は、その結果に基づいて添加ガスＧ２の添加量、すなわち添加ガスＧ２の流量を算出し、添加ガス流量調整器２４の流量調整弁２４Ｂに添加ガス流量調整信号を出力する。
（５）流量制御部４０から出力された添加ガス流量調整信号により流量調整弁２４Ｂの開度が調整され、添加ガス流通路２０から混合部３２に流通する添加ガスＧ２が所定流量に調整される。
（６）混合部３２において、メインガスＧ１と添加ガスＧ２とが所定比率で混合される。
　ガス混合装置１によれば、混合ガスＧ３の使用量が増減しても、混合部３２にメインガスＧ１と添加ガスＧ２とが所定比率で流入する。そして、メインガスＧ１と添加ガスＧ２とが所定比率で混合された混合ガスを安定して製造することができる。
　また、ガス混合装置１によれば、例えば、図２に示すように、混合ガスＧ３（＝メインガスＧ１＋添加ガスＧ２）の使用量（流量）が少ない場合であっても、メインガスＧ１と添加ガスＧ２がばらつくことなく所定比率で混合された混合ガスＧ３を安定して、製造することができる。
　また、混合ガスＧ３を使用する機器側の流量調整装置で必要な流量が設定されれば、ガス混合装置１において、圧力及び流量調整を全く行なわずに自動的に所定比率で混合された混合ガスを供給することができる。
　なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更をすることが可能である。
　例えば、上記実施の形態においては、メインガスＧ１が水素とされ、添加ガスＧ２がプロパンガス（炭化水素）である場合について説明した。しかし、メインガスＧ１、添加ガスＧ２の組成については、水素、炭化水素の他、窒素、不活性ガス等から任意に選択することができる。また、メインガスＧ１、添加ガスＧ２のうち、いずれか一方又は双方が複数の組成による混合ガスでもよい。
　上記によれば、メインガスに対して、添加ガスを所定比率で安定して混合することができる。
　１　ガス混合装置
　１０　メインガス流通路
　２０　添加ガス流通路
　１４　パイロット式圧力調整弁（パイロット式圧力調整部）
　１５　マスフローメータ（メインガス流量検出手段）
　２４　添加ガス流量調整器（添加ガス流量調整手段）
　３２　混合部
　３３　混合ガス排出口
　４０　流量制御部

Claims (2)

  1. 　メインガスと添加ガスとを混合して混合ガスを生成するガス混合装置であって、
    　メインガスが供給されるメインガス流通路と、
    　添加ガスが供給される添加ガス流通路と、
    　前記メインガス流通路と前記添加ガス流通路とが接続されて、メインガスと添加ガスとが混合されるとともに生成された混合ガスを混合ガス排出口に排出する混合部と、
    　流量制御部と、を備え、
    　前記メインガス流通路には、前記添加ガス流通路内の添加ガスの圧力に基づき前記メインガス流通路内のメインガスの圧力を調整するパイロット式圧力調整部と、前記メインガス流通路内の圧力調整されたメインガスの流量を検出するメインガス流量検出手段と、が設けられ、
    　前記添加ガス流通路には、前記添加ガス流通路から前記混合部に流通する添加ガスの流量を調整する添加ガス流量調整手段が設けられ、
    　前記流量制御部は、
    　前記メインガス流量検出手段が検出したメインガスの流量に基づいて、前記混合部に流通させる添加ガスの流量を、前記添加ガス流量調整手段により制御するガス混合装置。
  2. 　メインガスと添加ガスとを混合して混合ガスを生成する混合ガス製造方法であって、
    　メインガス流通路にメインガスを供給するとともに、添加ガス流通路に添加ガスを供給し、
    　前記添加ガス流通路内を流通する添加ガスの圧力に基づいて前記メインガス流通路を流通するメインガスの圧力を調整し、
    　前記メインガス流通路内において圧力調整されたメインガスの流量に基づいて前記添加ガス流通路から前記混合部に流通する添加ガスの流量を調整し、
    　前記混合部においてメインガスと添加ガスとを所定比率で混合する混合ガス製造方法。
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